专利名称：过电压检测电路的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及识别集成电路滥用的过电压检测电路的方法和 装置，尤其涉及将超限电压事件检测和记录机构集成在集成电路板上， 以便检测和记录超过规定极限/范围的施加电压。
背景技术：
蜂窝式电话被设计成在某些电压参数下工作。超过规定最大正负 电压将损坏电话的内部电路。当将超过规定最大值的电压施加在集成电路上时，将发生电过压(EOS)损坏。EOS损坏使集成电路发生故 障和使电话无法工作。如下三个例子描述了引起EOS损坏的可能状况。首先，外部电 池和充电器提供工作电力。如果外部电池和充电器有缺陷或设计不当， 它可以供应超过规定最大电压的电压。其次，在电话生产期间，外部 测试机在检验操作的时候利用不同电压模拟电话。如果测试机设计不 当或不合规定，可以超过规定最大电压。最后，最终客户可能意外地 使用未经核准第三方附件施加超过规定的电压。还存在也可以引起可 检测EOS损坏的其它状况。遭受引发所述EOS状况的电话和设备可能发生故障。当前，电 话制造商将故障电话和设备退还给设备制造商。对设备进行故障模式 分析(FMA)以确定缺陷。 一种故障模式是如上所述的EOS，通过在 集成电路上观察的故障特征确定。几种状况都可以引起EOS损坏。制 造商设法通过将不同过电压条件应用于几个设备和对每一个进行 FMA分析来识别EOS损坏的可能原因。 一旦实验设备显示出与客户 故障设备相似的特征，制造商就可以推理出原因。但是，检测以上述方式引发的EOS损坏需要大量FMA工作。不工作电话和设备在退还的时候往往都没有说明故障是如何发生的。最终客户不知道或不愿意公开EOS损坏是如何引发的。OEM中间客户 假设决不会不服从规定地使用电话，并且要求制造商说明他们的设备 为什么承受不了"正常"工作环境。只有EOS故障的间接证据指示将超 过最大正负规定电压的电压施加在设备上。决不会有任何强有力证据 指示这样的事件，因此，客户决不会对制造商对请求判断故障的响应 感到十分满意。另外，进行以预测方式损坏设备然后进行FMA分析以确定它是 否与原始客户故障设备相符的实验是非常费时的。每个实验周期可能 增加7个工作日。花费几个实验周期并非罕见，因此，可以容易地使 评估间隔增加14-20天。EOS损坏通常被认为是致命的，可以使企 业组装线停工，导致双方公司的经济损失。尽快解决这个问题可以为 制造商和零售商节约金钱。最后，进行FMA #^昂贵。如果只需要一个FMA周期来确定EOS 故障的根本原因，可以节约相当大的成本。如果新客户故障设备和实 验设备需要多个FMA周期，成本可能非常大。在一个FMA周期内解 决EOS故障节约了相当大的成本。当前的方法识别不了故障的确切原因。然而，它们提供与在客户 故障设备上看到的损坏的类型相符的间接证据。该证据不是决定性的， 不能肯定地识别故障的根本原因。如果客户知道明确识别的根本原因， 他们就可以追查其过程或使用情况，以确定引起故障的情况是如何产 生的。发明内容于是，本发明通过将指示器放置在集成电路上以便检测何时施加 在设备上的输入电压超过规定最大值来解决这些问题。电路被放置在集成电路上检测何时施加超过最大正负规定值的 输入电压。这样的电路可以利用软件程序和可读寄存器帮助确定和记 录这样的电压超出。检测和记录电路永久地记录那个事件，供将来调查用。包括其特征和优点的本发明可以从如下参照附图的详细描述中 明显看出。
图l是根据本发明实施例、需要电过压(EOS)损坏检测的电压 接口的例示；图2是根据本发明实施例、电话部件内检测和记录电路的位置的例示；图3是4艮据本发明实施例、检测和记录EOS的方法的步骤的例示；图4是根据本发明实施例、过电压检测和记录电路的装置和方法 的功能方向的例示；图5是根据本发明实施例、通过错误寄存器记录EOS损坏的方 法的例子的例示；和图6a和6b是根据本发明实施例、通过可视链路记录EOS损坏 的方法的例子的例示。
具体实施方式
图1到6a/b例示了识别集成电路滥用的过电压检测和记录电路 的装置和方法及其例子。将检测电路和记录电路(下文统称为"事件记 录机构")放置在集成电路上，以便在供应可疑电压时监视超限电压事 件。将"超限电压事件"定义为任何时间向集成电路引脚(pin)提供超 过该电路的最大正负规定参数的电压电平。如上所述，超限电压事件 可以引发EOS损坏，使集成电路无法工作。现在参照图1，该图示出了集成电路的电力可以从内部或外部电 源供应。输入电池1可以通过电连接(connection ) 10和15分别与外 部电力供应芯片2或电力管理设备3连接。应当理解，输入电池l优备，而不是从直接电源中得到电能，虽然应当理解这样的电源也在本发明的范围之内。可替代地，应当理解，外部电力供应芯片2可以用 于通过连接20直接向集成电路供电。从输入电池l或外部电力供应芯片2供电的电力管理设备3也可 以通过充电输入端30与外部充电器适配器(未示出)连接。电力管理 设备3的一种用途是试图通过平滑或调节与电源相关联的波峰和波 谷，保护电话集成电路部件免受电涌和电压尖峰影响。如图1所示，需要放置检测电路和记录电路的电话部件是电路板 上的集成电路(即，包含主要由半导体器件和无源部件组成的小型化 电路器件的那些)。于是，示出了数字基带集成电路4和模拟基带集 成电路5。为了说明起见，数字集成电路可以包含逻辑门、触发器、 多路复用器和其它电路，而模拟集成电路可以包含放大器、滤波器、 调制器、和混合器等。不过，应当理解，混合信号集成电路(即，模 拟信号和数字信号两者在同一芯片)和存储器件集成电路也可以包括 在本发明的范围之内。另外，应当理解，事件记录机构可以放置在整 个集成电路上的各个点上，不仅记录来自电源的超限电压事件，而且 记录这样的事件对芯片中的各个子部件造成的影响。由于输入电池l和外部电力供应芯片2可以直接与集成电路的电 路连接，本发明的检测和记录电路应该放置在很有可能超过其最大规 定工作电压被驱动的任何输入引脚上。例如，这些引脚可以包括Vi/0 引脚41和51、 Vcore引脚42和52、和VSim引脚55。应当理解Vi/0 引脚是将电力供应给集成电路的电路的输入/输出连接端 (connection)。应当理解Vcore引脚是将电力供应给集成电路的核 心电路的连接端。应当理解VSim引脚是将电力供应给SIM卡(未示 出)的连接端。这样的电力通常由电话本身供应，但在某些情况下， 测试可能将电压引入到这样连接端上。当然，应当理解，由于客户应 用事先是未知的，应该保护一般由芯片组内的电源供电但也可以由外 部设备供电的引脚。此外，当然，应当理解，连接端无需局限于引脚， 而可以是可以传导电流的任何手段。现在参照图2，图2举例示出了将廉价"最大电压检测，，电路和记 录电路放置在易受超过最大指标的电压条件影响的每个电压源输入端 上。这里，集成电路6含有与外部电源7连接的电压引脚(pin) 60、 和与外部电池电源8连接的电压引脚61。当然，应当理解，集成电路 6可以是数字、模拟或混合信号集成电路，电压引脚60和61可以是 Vi/o、 Vcore或VSim引脚，外部电源7和8可以是任何可接受电源。放置在集成电路6中的是检测电路9和记录电路10。如图所示， 应当理解，事件记录机构可以并联放置，如从电压引脚60引出的电连 接所示，或串联放置，如从电压引脚61引出的电连接所示。于是，当 并联放置时，每个事件记录机构将被施加相同的电压，而当串联放置 时，每个事件记录机构将被施加不同的电压。取决于针对EOS损坏寻 找什么样的信息，可以相应地构建事件记录机构。当然，应当理解， 根据需要，每一电压引脚60/61可以与不止一个检测电路9和记录电 路10—起使用。因此，可以使用事件记录机构，使得覆盖并联放置和 串行放置两者。最后，应当理解，虽然事件记录机构被显示成分开的 电路，但每种功能也可以由单个电路完成。在优选实施例中，将检测电路9和记录电路10嵌在集成电路的 硅中。因此，可以利用制造半导体器件的众所周知技术(即，成像、 淀积、蚀刻)在硅片(silica wafer)上形成事件记录机构。在这样的 生产期间，重要的是将检测电路设计成在比集成电路其佘部分的最大 规定工作电压稍高的电压下工作。最好，指示何时(when)输入电压 超过最大规定工作电压的阈值可以通过表述在其余集成电路部件的数 据单中的"最大工作电压，，(正的和负的)确定。这样，可以保证事件 记录电路在检测到超限电压事件时仍然正常工作。现在参照图3，检测和记录EOS损坏的方法从对集成电路6加电的步骤300开始。接着，在步骤310中，检索参考电压Vref。这样的参考电压可以存储在存储器(未示出)中，或可以由一些其它装置提 供，并且，如前所述，应该稍大于事件记录机构连接的集成电路的部 件的最大规定容许电压。一旦将电压V^施加在设备引脚60和/或61,在步骤320中，测量通过该设备引脚的电压。在步骤330中，比较参考电压Vref和在设备引脚上的施加电压Vpin。如果确定测量电压Vpin 大于参考电压Vref，那么，在步骤340中，记录超限电压事件。如果 确定测量电压V—不大于参考电压Vref，那么，继续测量通过设备引脚60， 61的电压(即，步骤320)。这样的检测和记录一起继续到在 步骤S350中停止为止。于是，现在参照图4,图4示出了检测和记录EOS损坏和操作事件记录机构的方法的总体功能方面。分别由参考电压Vw和设备引脚上的电压Vpin组成的输入信息400和410由比较器420接收。比较器 420不断监视设备引脚和其上的电压。如上所述，将这个电压与预定 参考电压相比较，并且，每当设备引脚上的电压Vpin大于参考电压Vref 时，比较器420就登记"真"。在430中记录这样的"真"事件。在进一步的说明中，不讨论电源与电压引脚60或61连接时出现 的超限电压事件的操作例子。在外部电源7与电压引脚60连接和在电 位中出现常称为尖峰或波峰的电涌的情况下，这样的电压沿着连线传 递到检测电路9和记录电路10。如果传递电压高于集成电路6的器件 (未示出)的最大工作电压，那么，检测电路短路。本质上，引起不 再能够导电的开路。在电池8通过电压引脚61与检测电路9和记录电 路10连接的情况下，会出现相同的情形。例如，如果将集成电路6 的器件(未示出)的最大工作电压设置在6V，那么，从电池8传递到 引脚61两端的电压应该是6.1V或更大，检测电路9引起使集成电路 6的器件的电触点与电池断开的短路，而记录电路IO以以后可以检索 有关超限电压事件的信息的方式记录事件。最好，检测电路9因此可 以由断路器、熔丝(电类型或半导体类型)、或可替代电路器件组成， 记录电路IO因此可以由存储单元(譬如，闪速驱动存储器)组成。另 外，检测器应该设计成忽略静电放电(ESD)事件。通常，EOS事件以使其不能工作的方式损坏集成电路。因此，检 测器应该以以后不用使集成电路工作就可以确定的方式记录发生过电 压事件的时间。这种这样的方法是利用软件。例如，可以通过读取数值和将它存储在非易失性存储器中的软件程序监视比较器420的输 出。这样软件算法的例子可以是Read(value of device pin(Vpin》if(vpin>vref)Write(maximum voltage value exceeded on Pinx)如图5所示，允许以后对电压超过规定最大值的时间作出这样确 定的另一种这样方法是将所有检测-记录器件的值读入可读寄存器500 中。当发生过电压事件时，可以设置寄存器500的特定位510。据此， 如果芯片仍然起作用，可以不破坏集成电路地读回记录器件的状态。 不幸的是，EOS损坏往往使集成电路无法工作，因此，寄存器可能不 适用于以不使用 一些外部装置用于读取的方式的询问。在图6a和6b中，前后分别示出了能够以后对电压超过规定最大 值的时间作出这样确定的另一种这样方法。其中，这样实施例中的检 测电路430烧断永久指示那个事件的熔丝链路600。另外，众所周知， 当电流过大时，熔丝可以通过熔化保护电路。在FMA过程中剥掉封 装物理观察熔丝链路可以检测它的状态。如果检测器件是熔丝链路， 通过观察熔丝是否被烧断可以容易地确定检测器的状态。由于经济上的原因，可以使检测和记录电路尽可能小。本发明的 一种推广是每个检测器拥有两个记录电路， 一个用于正电压，另一个 用于负电压。这种机构的一种用法是确切地将什么类型的电压条件引 起EOS损坏通知客户。这使客户可以将根本原因追查缩小到正的或负 的最大电压。因此，从上面的公开中可以看出，本发明识别将超过最大规定电 压的电压供应给设备时引起的EOS故障，缩短或降低了检测这样过电 压故障的时间和费用，并肯定地指出EOS损坏的根本原因，以便制造商可以积极地在他们的工艺中纠正特定问题。
在前面的描述中，已经参照特例描述了本发明的方法和装置。应 该明白和可以预期，本领域的普通技术人员可以在本文公开的方法和 装置的原理下作出各种改变，并且，这意味着，这样的修改、改变、 和替换都包括在如所附权利要求书给出的本发明范围之内。因此，该 说明书和附图应该被认为是例示性的，而不是限制性的。
权利要求
1.一种保护集成电路免受过电压事件影响的装置，该装置包含集成电路芯片，含有电源可以与之连接的连接引脚；和过电压事件记录机构，嵌在集成电路芯片中，连接在连接引脚和包含在集成电路芯片中的至少一个电路器件之间，其中，过电压事件记录机构通过在集成电路芯片上引起短路状况来保护所述至少一个电路器件。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构进 一步包含以下的至少一个检测电路，被设计成在比集成电路芯片上的所述至少一个电路器 件的最大规定工作电压稍高的电压下工作；和记录电路，被设计成将过电压事件记录在以后可以检索与所述事 件有关的信息的媒体中。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构进 一步包含以下的至少一个断路器；电类型和半导体类型之一的熔丝； 设计成在过电压条件下引起短路的电路部件； 存储单元；和 可读寄存器。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构包 含串联连接的至少一个检测电路和至少一个记录电路中的至少一个。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构包 含并联连接的至少一个检测电路和至少一个记录电路中的至少一个。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构包 含以串并联组合方式连接的至少一个检测电路和至少一个记录电路中 的至少一个。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中，过电压事件记录机构被设计成忽略静电放电事件。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，当发生过电压事件时， 可以通过物理观察作出发生这样事件的确定。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，通过观看断路器的状态、 熔丝的状态和可读寄存器的值中的至少一个可进行物理观察。
10. —种检测施加到电话设备的连接引脚的电压的装置，该装置包含至少一个检测电路，设计成考虑通过连接引脚从外部电源到电话 设备的集成电路电压，并包含检测这样电压传递的过电压事件的装置；和记录过电压事件的装置，其中，将检测电路嵌在集成电路的硅片中。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中，检测这样电压传递的 过电压事件的装置包含以下的至少一个断路器；电类型和半导体类型之一的熔丝；和 设计成在过电压条件下引起短路的电路部件。
12. 根据权利要求10所述的装置，其中，记录过电压事件的装 置包含以下的至少一个存储单元；和 可读寄存器。
13. 根据权利要求10所述的装置，其中，至少一个检测电路被 设计成在比电话设备的集成电路上的至少一个电路器件的最大规定工 作电压稍高的电压下工作。
14. 根据权利要求10所述的装置，其中，至少一个检测电路被 设计成将过电压事件记录在以后可以检索与事件有关的信息的媒体 中。
15. 根据权利要求10所述的装置，其中，至少一个检测电路这 样嵌在集成电路的硅片中，使得它处于它自己和电话设备的集成电路的至少一个电路器件的并联电连接、串联电连接和并联和串联电连接 的组合中的至少一种连接中。
16. 根据权利要求10所述的装置，其中，至少一个检测电路被 设计成忽略静电放电事件。
17. 根据权利要求10所述的装置，其中，当发生过电压事件时， 可以通过物理观察作出发生这样事件的确定。
18. 根据权利要求17所述的装置，其中，通过观看断路器的状 态、熔丝的状态和可读寄存器的值中的至少一个可进行物理观察。
19. 根据权利要求10所述的装置，其中，电话设备的集成电路 是数字集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路和存储器件集成 电路之一。
全文摘要
本发明提供了将超限电压检测和记录机构嵌在集成电路的硅片中，检测、防止和记录对预置电压极限的电压超出的方法和装置。检测电路和记录电路串联或并联地放置在集成电路器件和与外部电源连接的电压引脚之间的电连接上。当连接电压源和检测到过电压条件时，检测电路使连接短路，而记录电路记录事件供以后调查用。
文档编号G01R31/28GK101256207SQ200710161850
公开日2008年9月3日 申请日期2007年9月24日 优先权日2006年9月25日
发明者加里·C·格兰, 道格拉斯·D·洛帕塔 申请人:艾格瑞系统有限公司